VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Территория России на 65 % расположена в планетарной зоне севера – это многолетняя мерзлота и низкие температуры. При этом основные запасы минеральных ресурсов страны сосредоточены на этой территории. Их добыча ведется в сложных климатических условиях (средняя зимняя температура -32 ⁰С, максимальная -72⁰ С город Оймякон, где производится добыча золота и алмазов) [1]. В этих условиях приходится жить и работать людям и технике. При этом физиологические возможности человека для адаптации к таким условиям жизни крайне ограничены [2]. Также в таких условиях при отсутствии дополнительной искусственной терморегуляции технические конструкции перестают нормально функционировать.

Поэтому необходимо использование искусственной тепловой защиты не только человека, но и техники.

Задачей настоящего исследования являлась оценка факторов, формирующих качество защиты объектов (человека и техники, работоспособность которых влияет на производственные и социальные условия жизнедеятельности).

За показатель первичной оценки тепловой защиты объектов взято тепловое состояние, характеризующееся содержанием и распределением тепла в глубоких ("ядро") и поверхностных ("оболочка") слоях технической конструкции или биологического объекта (человека).

Как у человека, так и у техники существует недопустимое тепловое состояние, т.е. граничные значения выше и ниже допустимых порогов температуры [3].

Также важным показателем является время поддержания эффективной температуры.

В ходе исследования была разработана первичная классификация способов искусственной тепловой защиты объектов. Выделено 4 основных способа:

- теплоизоляция (термобелье и климат-контроль);

- аккумулирование тепла (многоразовые грелки с гелем);

- химическая реакция (одноразовые грелки с химическими веществами);

- электрообогрев.

При этом первые три способа, в отличие от электрической терморегуляция, не имеют источника питания (рис. 1) и обладают следующими недостатками: низкая температура подогрева; небольшая обогреваемая площадь; небольшое максимальное время функционирования – 2 часа.

Рисунок 1 – Способы обеспечения искусственной тепловой защиты

Функционирование системы электроподогрева основано на работе проводника, подсоединенного к источнику питания. Также система подогрева может быть оснащена блоком управления и различными модулями и платами для Smart изделий (например, температурные сенсоры).

В качестве проводников электроподогрева могут использоваться различные технические средства (проводящие элементы тепла):

1. Греющий кабель, который состоит из сердечника высокого сопротивления, оболочки, выполненной из алюминия или медной сетки, и изолирующего материала.

Недостатками данного технического средства являются высокая цена и ограниченный модельный ряд (по фасону и расцветкам), а также - относительно толстое сечение нагревательного кабеля, что приносит некоторые неудобства при эксплуатации. Достоинства - относительно широкая область обогрева.

1. Плёночные нагревательные элементы разработаны в 2009 году Китайскими и Корейскими компаниями для питания от аккумуляторов от 7 до 12 Вольт [4]. Эта технология упростила производство изделий с подогревом. Недостатком этих нагревательных элементов является ломкость (неспособность выдерживать нагрузки и деформации при активной эксплуатации). Достоинством этих элементов являются хорошая температура нагрева, простота и функциональность, относительно невысокая цена.

2. Гибкие нагревательные элементы с углеродными волокнами состоят из двух слоев водоотталкивающего материала с углеродным нагревателем между ними. Эти нагревательные элементы не перегорают, легко переносят любые (разумные) нагрузки и деформации. Обогрев такими элементами безопасен и даже полезен для здоровья, ввиду инфракрасного излучения. Нагревательные элементы имеют низкое энергопотребление и характеризуются высокой теплоотдачей [4].

3. Ткани с металлизированными нитями и волокнами – являются проводящими материалами по всей поверхности.

4. Специальная полимерная термопроводящая нить, обладающая качественно новыми проводящими свойствами: эластичность, малая мощность, экологичность, структурная и технологическая гибкость.

В таблице 1 представлена оценка эффективности исследованных способов тепловой защиты.

Таблица 1 – Оценка эффективности способов тепловой защиты [5]

Способ	Средство обеспечения	Источник питания	Максимальное время функционирования, ч	Максимальная температура, ⁰С
Теплоизоляция	Теплоизоляционные материалы	-	Постоянно	Поддержание температуры 37
Аккумулирование	Многоразовые грелки с гелем	-	1	60
Химический	Одноразовые грелки	-	5	35
Электрообогрев	Греющий кабель, плёночные нагревательные элементы, гибкие нагревательные элементы с углеродными волокнами, ткани с металлизированными нитями и волокнами, полимерная нить	+	22	60

Таким образом, в условиях критически низких температур для поддержания эффективного теплового состояния и повышения работоспособности живых объектов и технических устройств, зависящих от температурного режима, необходимо использовать дополнительные способы обеспечения тепловой защиты объектов. Выявлено, что наиболее эффективным способом терморегуляция является способ, основанный на применении искусственных источников электрообогрева с применением преимущественно «умных» режимов многофакторного учета внешних и внутренних параметров состояния защищаемой от холода системы. При этом швейное изделие, проектируемое на основе одного из способов для тепловой защиты объектов, должно обеспечивать:

- высокую степень эргономичности;

- безопасность конструкции и системы терморегуляции;

- соответствие эксплуатационным показателям качества (небольшой вес, малый объем, сохранение формы и внешнего вида при длительной эксплуатации и уходе);

- увеличение температурного диапазона и времени оптимального теплового состояния [6,7].

Список используемых источников

1. Государственная территория России [электронный ресурс]: Гипермаркет знаний / География. URL: http://school.xvatit.com/index.php?title=Государственная_территория_России (дата обращения 20.01.2016).

2. Адаптация человека на Севере: медико-биологические аспекты / Материалы Всероссийской молодежной научно-практической конференции. Архангельск: Изд-во ОАО «Соломбальская типография». 2012. 377 с.

3. Методы контроля. Физические факторы оценка теплового состояния человека с целью обоснования гигиенических требований к микроклимату рабочих мест и мерам профилактики охлаждения и перегревания методические указания / МУК 4.3.1895-04. Введ 05.01.2004. 7 с.

4. Одежда с подогревом / teplovichok.ru: The Group of Industrial Development and Supplie. URL: http://www.teplovichok.ru/files/fin_kompl.html (дата обращения 25.01.2016)

5. Одноразовые грелки / Японская косметика и бытовая химия. URL: http://www.japandostavka.ru/yaponskie-grelki.html (дата обращения 25.01.2016).

6. Черунова И.В новые технологии расчета конструкций теплозащитной одежды / И.В. Черунова / Известия высших учебных заведений. Технология легкой промышленности. - 2009. Т. 4. № 2. С. 51-54.

7. Черунова И.В. Теоретические основы комплексного проектирования специальной теплозащитной одежды / Автореф.дис. докт.техн.наук:05.19.04 / Черунова Ирина Викторовна; ЮРГУЭС. Шахты., 2008. 42с. Библиогр.: С.36-41.

Код для цитирования: Скопировать